Der Treibhauseffekt entsteht dadurch, dass es in der Erdatmosphäre Gase gibt, die das einfallende, erwärmende Sonnenlicht zwar gut durchlassen, aber die von der Erdoberfläche zurück in den Weltraum abgegebene Wärmestrahlung aufhalten. Diese Gase nennt man Treibhausgase. Sie nehmen die Wärmestrahlung auf und geben sie in alle Richtungen wieder ab. Dadurch wird ein Teil der Wärmestrahlung wieder zur Erde zurückgeschickt und es wird wärmer. Wärmestrahlung ist auch eine Form von Licht, das wir aber nicht sehen, sondern nur fühlen können. Die Treibhausgase haben in ihrem Molekül mehr als zwei Atome. Die speziellen Schwingungen, die diese Atome gegeneinander ausüben können, sind die physikalische Ursache dafür, dass für den Menschen sichtbares Licht durch die Erdatmosphäre eintreten kann, aber Wärmestrahlung aufgehalten wird. Die Schwingungen der Treibhausgasmoleküle erhöhen auch die Lufttemperatur.
Sehr kleine Konzentrationen der Treibhausgasmoleküle in der Atmosphäre können schon eine große erwärmende Wirkung haben. Deshalb können wir Menschen mit unseren Aktivitäten den Treibhauseffekt verändern. Das ist ähnlich wie mit dem Salz in der Suppe: ein Teelöffel voll Salz ist eine kleine und genau richtige Menge für einen Topf mit Suppe. Die Suppe schmeckt damit gut. Ein zweiter Teelöffel voll Salz würde die Suppe aber versalzen. Die richtige Menge Treibhausgas in der Atmosphäre sorgt für angenehme Temperaturen, zu viel Treibhausgas zerstört unsere Lebensgrundlagen auf der Erde. Das wichtigste Treibhausgas für den von uns Menschen verursachten Treibhauseffekt ist das Kohlenstoffdioxid (CO2). Die Menge dieses Gases in der Atmosphäre ist seit 1750 um 280 auf 870 Milliarden Tonnen gestiegen. Das ist ein Anstieg von etwa 48 % gegenüber den ursprünglichen 590 Milliarden Tonnen, also eine deutliche Zunahme. Hauptursache des Anstiegs ist die Verbrennung von Kohle, Öl und Gas, die CO2 freisetzt. Eine weitere Verbrennung dieser fossilen Energieträger wird zu einer weiteren Erwärmung durch noch mehr CO2 in der Luft führen.
Die Diagramme zeigen die Erwärmung der Nordhalbkugel, der Südhalbkugel und der Erde von 1850 bis 2023 (rote Kurven). Bezogen auf den Mittelwert zwischen 1961-1990 ist der Temperaturanstieg auf der Nordhalbkugel 1,6 °C, auf der Südhalbkugel 0,8 °C und insgesamt 1,2 °C. Die Nordhalbkugel erwärmt sich wegen der größeren Landmassen mehr als die Südhalbkugel. Temperaturen auf der Nordhalbkugel sind 1,8 °C höher als 1850. Haben wir die 1,5 °C Grenze des Pariser Klimaabkommens überschritten? Hier mehr dazu.
Die Diagramme zeigen weiterhin den Verlauf der Sonnenaktivität in derselben Zeit (gelbe Kurven) und die Zunahme der CO2 Konzentration in der Atmosphäre (blaue Kurven). Bis in die 1960-iger Jahre zeigen die gelbe und die rote Linie parallel laufende Trends. Danach steigt die Temperatur, während die Sonnenaktivität abnimmt. Dieser Anstieg der Temperatur ist vor allem mit der stärker werdenden Zunahme der Kohlenstoffdioxidkonzentration (blaue Kurven) zu erklären. Die Konzentration dieses Treibhausgases hat von 288 auf 425 Volumenanteile in einer Million Volumenanteile zugenommen. D. h. in einer Million Kubikmeter Luft sind heute 425 Kubikmeter Kohlenstoffdioxid statt 288. Die blaue Kurve setzt sich aus einem hellblauen Teil der direkten Messungen an der Luft auf dem Mauna Loa (Hawai) zusammen und einem dunkelblauen Teil der Messungen an Luftbläschen aus Eisbohrkernen. Die Eisbohrkerne wurden in der Antarktis gewonnen. Neuere Untersuchungen zeigen, wie das Eis dort entstanden ist und lassen Rückschlüsse zu, wie empfindlich es auf die Erderwärmung reagieren kann. Nicht nur die Luft wird wärmer, sondern auch die Ozeane und auch das Wasser der Nordsee.
Außer in der Luft ist CO2 noch in Pflanzenresten in Böden und in den Ozeanen gespeichert. Permafrostböden und Moore spielen dabei eine große Rolle. Die Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft (8.24, p 34, 2024) hat nachgezählt: Außerhalb der Permafrostgebiete sind etwa 1700 Milliarden Tonnen CO2 in den Böden gespeichert. Die Vegetation enthält etwa 450 Milliarden Tonnen. Die Permafrostböden speichern 1200 Milliarden Tonnen. Alle menschlichen Aktivitäten setzen rund 10 Milliarden Tonnen pro Jahr frei. Alle terrestrischen (Pflanzen und Gestein) Kohlenstoffspeicher nehmen jährlich etwa 5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff auf, die Ozeane 2 Milliarden Tonnen.
Diese Speicher können allerdings auch wieder CO2 an die Atmosphäre abgeben. Aufgetaute Permafrostböden emittieren viel CO2 und Methan (CH4). Trockengelegte Moorböden geben viel CO2 in die Luft ab. Der Landkreis Osterholz hat 20000 Hektar meist trockengelegte und landwirtschaftlich genutzte Moorflächen. Jährlich werden aus diesem Gebiet etwa 600 Tausend Tonnen abgegeben. Der trockene Torf bekommt Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft. Der Kohlenstoff im Torf verbindet sich mit dem Luftsauerstoff zu CO2 und tritt als Gas aus. Die Moorfläche verliert dadurch jedes Jahr etwa 1 cm an Höhe. Durch Änderung der Landnutzung (Rodung des Regenwaldes, Umwandeln von Waldgebieten und Ackerland in Industrie- und Gewerbeflächen) hat netto auch die in der Vegetation gespeicherte Kohlenstoffmenge abgenommen. Im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter haben so die Kohlenstoffvorräte in den Böden und der Vegetation um schätzungsweise 25 Milliarden Tonnen abgenommen.
Zur Erderwärmung gibt es auch ein Poster.